Kleine moleculen voor C9orf72 mutaties
← terug naar Genen als doelwit
Jeffrey Rothstein is de directeur en oprichter van het Robert Packard Center voor ALS-onderzoek in het Johns Hopkins.
Sinds de mutatie in C9orf72 twee jaar geleden werd herkend, hebben Packard wetenschappers hard gewerkt en geprobeerd te begrijpen hoe de mutatie tot ALS leidt. In een studie vorige maand in Neuron gepubliceerd, beschreven Packard directeur Jeff Rothstein en collega's een van de belangrijkste manieren waarop deze mutatie ziekte veroorzaakt, alsook identificeerden ze verschillende kleine moleculen die de toxische effecten van deze mutatie in celkweek kunnen verminderen of zelfs elimineren.
De mutatie ontdekt in C9orf72 is een herhaalde uitbreiding, wat betekend dat zes nucleotiden honderden of duizenden keren worden herhaald. Herhaalde uitbreidingen hebben de neiging tot verwarring van de de DNA-replicamachinerie in de celkern, welke bijdraagt tot het grote aantal herhalingen, als de enzymen hetzelfde stuk DNA over en over blijven kopiëren. Dit maakt het moeilijk om een nauwkeurig dierlijk model van ALS met een C9orf72 mutatie te maken doordat het aantal herhalingen regelmatig veranderen van generatie op generatie.
Rothstein en collega’s konden deze hindernis overbruggen door een ander type model te gebruiken om C9orf72 te bestuderen. Door celstalen rechtstreeks van ALS-patiënten met de C9orf72 mutatie te nemen, creëerden de onderzoekers afgeleide pluripotente stamcellen (iPSCs) die ze uiteenhaalden in neuronen.
"Deze stamcellen zijn het meest aanleunend bij de patiënt als je kunt krijgen", zegt Rothstein. "We wilden geen valse veronderstellingen maken. We moesten ervoor zorgen dat eender wat we in de menselijke cellen vonden gelijk was met hetgeen we vonden bij onze ALS-patiënten." Belangrijker is dat het team genetische afwijkingen in de C9orf72 neuronen vonden die nauw overeenkomen met degenen die daadwerkelijk gevonden werden in de hersenen van ALS-patiënten, wat de nuttigheid bevestigt van deze om cellen na te bootsen naar echte ALS.
Toen de onderzoekers keken in de kernen van deze cellen, vonden zij grote groepen van abnormale C9orf72 mRNA. Evenals de grote aantallen herhalingen de DNA replica verwarren, doen zij dit ook met de normale copie van DNA tot mRNA, waardoor zeer veel onjuiste mRNA ontstaan die aan zichzelf en andere kritische mRNA en RNA-bindende eiwitten blijven hangen. Door nauwer onderzoek, herkenden ze een aantal eiwitten die zich aan deze clusters vasthingen. Deze eiwitten, waaronder één gekend als ADARB2, een RNA bindend eiwit dat cruciaal kan zijn in de creatie van eiwitten uit mRNA.
De grote hoeveelheden van de C9orf72 RNA die vast zaten in de kern - en de verscheidenheid van eiwitten die er aan vastplakten – betekenden waarschijnlijk dat er aanzienlijk minder van deze moleculen hun normale functie in het lichaam van de cel uitvoerden. Verdere experimenten onthulden dat deze opbouw van C9orf72 mRNA in de kern tot cellulaire toxiciteit leidden, vooral in motorneuronen.
Als deze opbouw giftig was, redeneerden Rothstein en collega’s dat het beletten van deze clusters om zich te vormen mogelijk de schade zou kunnen voorkomen die ze veroorzaken. Om dit te doen, gebruikten ze kleine stukjes DNA bekend als antisense oligonucleotiden (ASO). Deze ASO’s werden gemaakt als binding van de herhaalde uitbreiding in C9orf72 mRNA en om te voorkomen dat de foute mRNA bijeen zouden kleven en andere eiwit-aanmakende machines zouden afzonderden.
De onderzoekers herkenden verschillende ASO’s gesynthetiseerd door Isis Pharmaceuticals welke effectief konden gebonden worden aan de herhaalde uitbreiding en deze opbouw voorkwam. Belangrijker dan dat was dat het beheer van deze ASO’s de giftigheid in de celkweek verminderde, aangevend dat zij mogelijk doeltreffend zijn bij mensen met ALS veroorzaakt door een C9orf72 herhaalde uitbreiding.
"Deze resultaten leren ons de mechanismen waardoor de C9orf72 herhaalde uitbreiding giftig kan zijn. Het gaf ons ook een instrument dat we kunnen gebruiken om nieuwe geneesmiddelen te verstrekken, en, belangrijker nog, een reeks geneesmiddelen die we op een dag kunnen gebruiken bij patiënten. Er is een enorme waarde gewikkeld rond deze iPS cellen dat niemand in ALS echt eerder heeft ingezet," zei Rothstein.
De onderzoekers zijn begonnen, samen met farmaceutisch bedrijfsmedewerkers, een klinische proef van deze ASO's bij de mens voor te bereiden. Het doel is uiteindelijk een behandeling van elke individuele patiënt met hun unieke mutaties en pathologie, zegt Rothstein.
-Carrie Arnold
Vertaling: Marina
Bron: The Packard Center
